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EL EXPERIMENTO CONTROLADO

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¿QUÉ ES EL EXPERIMENTO CONTROLADO? La mayoría de las conclusiones, principios y teorías logrados por la investigación científica a lo largo del tiempo han sido conseguidos gracias a lo que llamamos experimento controlado. En las Ciencias de la Naturaleza, con este método, el investigador intenta identificar los factores que influyen en un determinado fenómeno o el tipo de relación que se da entre ellos, variando cada factor por separado y manteniendo los demás factores constantes (control de variables). Se distingue de la observación, que es otra gran herramienta del investigador, en que en esta última el científico no interviene, se limita a examinar con atención el fenómeno, ayudado de instrumentos técnicos cada vez más sofisticados para su análisis óptico, acústico, físico, químico..., y así determinar, cuantitativamente o cualitativamente, los factores causales del fenómeno. Cuando decimos que un experimento es controlado debemos entender que al planearlo debemos incluir dos grupos de elementos (plantas, animales, recipientes con sustancias...). Uno de ellos se denomina grupo de control y el otro grupo experimental. En ambos grupos las condiciones y factores que intervienen han de ser constantes y lo más parecidos posible, excepto el factor (variable experimental) cuyos efectos se están estudiando y que aparecerá (o no aparecerá) sólo en el grupo experimental. Por ejemplo, para saber los efectos de la carencia de una vitamina en una determinada especie animal, deberemos partir de un conjunto de individuos de esa especie que sean lo más parecidos en edad, sexo, peso y caracteres hereditarios. Los dividiremos en dos grupos, a los que daremos los mismos cuidados y el mismo ambiente (temperatura, aireación, habitáculo...). Pero en la dieta del grupo que denominamos experimental suprimiremos la vitamina en cuestión, no así en el grupo de control. Con el paso del tiempo podremos concluir razonadamente que los efectos que aparezcan en el grupo experimental y no en el de control se deben a la carencia de la vitamina. Normalmente las conclusiones a que se llega con este método serán más fiables cuando: a) se incluyan muchos individuos en el experimento y b) si al repetir la experiencia con nuevos individuos se obtienen los mismos resultados. Con esto se evita la posibilidad de que, siguiendo con el ejemplo, aparezcan enfermedades por puro azar y no por la carencia de la vitamina. A continuación realizarás junto a tus compañeros/as unas actividades que podrán aclararte un poco las ideas sobre lo expuesto en las líneas anteriores. 1. Diseña y desarrolla una germinador que te permita obtener varias plántulas de judía. 2. Una vez obtenidas las plántulas cada alumno/a cogerá la plántula más parecida en tamaño y número de hojas a las del resto de la clase. Para lograr una buena selección es recomendable reunir en una bandeja todas las plántulas obtenidas en la clase y clasificarlas por tamaño y número de hojas. Después cada aprendiz/a de investigador/a colocará una planta en un bote como se indica en la figura 1. Ingéniatelas para que la planta quede sujeta en la ranura de la tapa, de forma que sólo quede sumergida la raíz en la solución nutritiva que pongamos. En todos los botes, que habrás de numerar previamente, pondrás una solución hecha con agua destilada y fertilizante líquido que puedes conseguir en las tiendas de jardinería; en la etiqueta

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se indica la concentración que debemos usar para cultivos hidropónicos (véase la introducción a las actividades complementarias). La pajita que se indica en el dibujo sólo la deberá colocar la mitad del alumnado. Cada día deberéis airear el agua de los botes con la pajita ayudándoos de una jeringuilla o perilla de goma que ajuste bien en ella. Para evitar el crecimiento de algas en la solución debes preservar todos los botes de la luz con papel de aluminio. Las plantas se han de colocar en un lugar bien iluminado y dispuestas de tal forma que todas reciban la misma luminosidad.

figura 1

¡ No olvides rodear el bote, si no es opaco, con papel de aluminio! 3. Pasadas unas semanas compara los resultados obtenidos en el conjunto de la clase e intenta explicar lo ocurrido.

Prepara la tapa con corcho o cualquier otro material que se preste dando un corte para que encaje el tallo y hazle un agujero.

Pajita de refrescos

Solución nutritiva

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a) Vuelve a leer la introducción al texto e intenta determinar si la actividad realizada en estos días es una observación o un experimento controlado. Explica el porqué de tu respuesta. b) En el caso de que hayas concluido que se trata de un experimento controlado, indica cuál es el grupo de control y cuál el grupo experimental. c) ¿Cual será la variable experimental? d) Sabiendo que el aire es una mezcla de gases diseña un experimento, o serie de experimentos controlados, que te permita demostrar qué componente o componentes del aire son los responsables de los resultados de nuestra actividad. e) ¿Qué resultado esperas de cada experiencia propuesta? Es posible que en el apartado d) se te haya ocurrido predecir lo que sucederá en algunos de tus diseños. Si has procedido así podemos decir que has emitido una hipótesis. Normalmente, en la investigación científica, cuando se realizan experimentos u observaciones se hacen porque se ha detectado una pregunta sobre algún fenómeno. Esta pregunta suele seguirse de una serie de respuestas (hipótesis) que se sugieren como lógicas, pero que es necesario comprobar. Entonces es cuando se planifica la observación, o el experimento, para demostrar si la hipótesis es válida o no. Pero el proceso científico no acaba ahí, es necesario que otros investigadores hagan réplicas de la investigación y obtengan los mismos resultados. A veces el descubrimiento de una solución a un problema no cierra la investigación sino que plantea nuevas cuestiones que conducen a nuevas investigaciones. Por último, hay que añadir que cuando las hipótesis son ampliamente aceptadas y comprobadas, es cuando se han sentado las bases para una generalización y, entonces, pasan a llamarse teorías científicas. Esto quiere decir que de los fenómenos estudiados se saca lo que es común y esencial para formar un concepto general que explique esos fenómenos. 4. Intentaremos ahora reforzar los procedimientos estudiados: a) De las acciones investigadoras que se describen a continuación intenta distinguir aquellas que son observaciones de las que son experimentos controlados. (Si al leerlas encuentras términos o expresiones nuevas averigua su significado). b) Trata de identificar las hipótesis de partida, si las hay, en cada hecho descrito. c) En el caso de que sean experimentos controlados, identifica el grupo de control, el grupo experimental y la variable experimental.

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I) “Se quiere comparar la apertura floral de dos grupos de plantas y para ello se ha recurrido a la cinefotografía retardada para captar los movimientos lentos y después, aumentando la velocidad, poder detectar el movimiento floral. Esto permitirá determinar las características del fenómeno en las dos especies”. II) “Puse una serpiente, algunos peces, algunas anguilas del Arno y una rodaja de ternera lechal en ocho frascos grandes y de boca ancha; cuatro de ellos los dejé cerrados y

precintados, dejando los otros cuatro completamente abiertos. Al cabo de poco tiempo, la carne y el pescado de estas diferentes vasijas se llenaron de gusanos y se observó que entraban y salían moscas a voluntad, pero en los frascos cerrados yo no observé ningún gusano, aunque pasaron muchos días desde que había puesto en ellos la carne” (Francesco Redi, 1668).

III) ”Se ha descubierto una sustancia en un alga del litoral gaditano que podría ser un potente anticancerígeno. Se está estudiando su efecto sobre un tipo de tumor que afecta a los humanos. Cuando se inocula con células tumorales humanas a ratones sanos, estos desarrollan en un 93% de los casos una extraña leucemia que en pocas semanas resulta letal. Se está suministrando la nueva sustancia a 250 ratones de un total de 500 a los que previamente se habían inyectado células cancerígenas. Los investigadores esperan con ilusión los resultados”. IV) “En su viaje en el Beagle, Darwin se dio cuenta de que los pinzones de las distintas islas que constituyen el archipiélago de Galápagos estaban relacionados unos con otros, pero cada especie era diferente a las demás, especialmente en lo que se refiere a tamaño y forma del pico y hábitos alimentarios. Entonces Darwin razonó que si los pinzones hubieran sido especial e individualmente creados, sería necesario un muy extraño tipo de coincidencias para que los trece pinzones similares fueran creados en las Islas Galápagos y no en cualquier otra parte.

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Los pinzones de Darwin son un excelente ejemplo de cómo se pueden originar nuevas formas a partir de un único antepasado colonizador. Careciendo de competidores por parte de otros pájaros terrestres, experimentaron una radiación adaptativa que incluía varios aspectos para ocupar los nichos disponibles que en el continente le habían sido denegados. Así pues, asumieron las características de las familias continentales tan diversas y diferentes del pinzón típico como puedan serlo las familias de las currucas y los picos carpinteros” (Hickman, 1991). V) “En un grupo de 2.000 voluntarios enfermos de SIDA está siendo probada una nueva sustancia que en experimentos con monos ha provocado recuperaciones en un porcentaje bastante significativo”.

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VI) “Al principio se planteó el estudio de la influencia de la concentración de oxígeno en el crecimiento del cangrejo rojo americano” Procambarus clarkii”. Se inició una experiencia con dos acuarios, uno con aireación artificial y otro sin ella. En este último murieron los cangrejos en los días siguientes. Ante la imposibilidad técnica de regular y controlar la concentración de oxígeno, se optó por el estudio del crecimiento (ciclos alimentación-muda) y los índices de conversión del alimento para dos dietas distintas. Estas dietas fueron idénticas en cuanto al suministro de proteína y grasa (carne de pollo), y distintas en cuanto a la fuente de hidratos de carbono. A unos cangrejos se les dio patata y a los otros zanahoria. Se quería comprobar si el uso de una fuente de carbohidratos rica en carotenos (zanahoria) puede influir en los ciclos alimentación-muda, bien acelerando las mudas, bien aumentando la tasa de crecimiento. Coll (1987) señala que se consiguen cangrejos de alta calidad cuando no faltan en su dieta los carotenoides, por su relación con el hepatopáncreas” . VII) “En 1929 Alexander Fleming, un bacteriólogo británico, al regresar de unas vacaciones en el campo, observó entre una pila de placas de Petri que estaban sobre su mesa de trabajo, que una que había sido sembrada con la bacteria “ Staphylococcus aureus”

estaba también contaminada por una colonia de un hongo. Después de observar cuidadosamente esta placa Fleming dijo ¡Esto es curioso!, porque las colonias de bacterias que rodeaban a la del hongo eran transparentes y parecían estar sufriendo una lisis, es decir, que en la zona de contacto entre los dos seres vivos morían las bacterias. Supuso que el hongo excretaba al medio una sustancia química que hacía que se lisasen las colonias de su entorno. Intuyendo el posible significado terapéutico de esta observación aisló el hongo, el cual resultó ser una especie del género Penicillium y

estableció el hecho de que los filtrados de los cultivos del hongo contenían una sustancia antibacteriana a la que denominó penicilina”. (Stanier, 1988). Como has podido comprobar en el hecho experimental VII a veces se pueden descubrir, por puro azar, hechos o fenómenos sin ninguna relación con la investigación planeada. La contaminación de los cultivos bacterianos por el hongo fue involuntaria.

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ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS Se define el cultivo hidropónico como el cultivo de plantas en medios artificiales. Los cultivos hidropónicos consisten en soluciones de sales inorgánicas, en recipientes de cemento, y como soporte de la raíz se emplea, normalmente, grava, arena o ceniza. Se empezaron a utilizar a mediados del siglo XIX, para estudiar qué sustancias nutritivas eran necesarias para el crecimiento de las plantas, y se extendieron a principios del siglo XX a algunos ambientes agrícolas. Las proporciones de las soluciones primitivas, que contienen KNO3, Ca(NO3)2 · 4 H2O, MgSO4 · 7 H2O y NH4 H2PO4,, varían mucho según la planta que se cultiva. También hay que añadir toda una serie de oligoelementos, así como regular la aireación, el pH, los inhibidores y la transpiración. Si la planta tiene además luz y temperatura favorable, se obtienen unos rendimientos muy superiores a los de las plantas cultivadas por los medios tradicionales, sobre todo en la obtención de productos hortícolas y frutas. La aplicación de cultivos hidropónicos tiene gran interés en aquellos países en que el suelo es pobre o se dan otras causas desfavorables (baja temperatura, escasez de agua). También se usan en ciertas regiones en que bacterias y otros agentes patógenos entran en las plantas a través del suelo. En la actividad 2 hemos realizado un cultivo hidropónico en el que el soporte de la raíz era el corcho. El dispositivo empleado nos puede servir para otro tipo de investigaciones, como la que sigue u otras que se te ocurran. 5. Prepara un germinador como el de la actividad 1 y consigue varias plántulas. Paralelamente, prepara las siguientes soluciones nutritivas, cuidando la precisión en las pesadas y disolviendo las sustancias una por una: • Una solución fertilizante completa tiene los siguientes compuestos en la proporción que se

indica: Agua destilada 4 litros. Sulfato de calcio, CaSO4 1 gramo. Fosfato de calcio, Ca3(PO4)2 1 gramo. Nitrato de potasio, KNO3 3 gramos. Cloruro férrico, FeCl3 0’02 gramos o una pizca con la espátula. Sal común, NaCl 0’2 gramos Sulfato de magnesio, MgSO4 1 gramo

T r ig o s a r ra ce n o e n so lu c ió n n u tr i tiv a s in p o ta s io (A ) y co n é l (B ) . ( S ta r sb u rg e r , 1 9 8 6 )

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• Una solución sin calcio: Sustituye de la receta completa el sulfato de calcio por 1 gramo de sulfato de potasio, K2SO4, y el fosfato de calcio por 3 gramos de fosfato de sodio, Na3PO4. • Una solución sin potasio: Sustituye de la receta completa el nitrato de potasio por 2 gramos de nitrato de sodio, NaNO3. • Una solución sin fósforo: Sustituye de la receta completa el fosfato de calcio por 0’5 gramos de nitrato de calcio, Ca(NO3)2. • Una solución sin magnesio: Sustituye de la receta completa el sulfato de magnesio por 0’5 gramos de sulfato de potasio, K2SO4. • Una solución sin hierro: No incluir el cloruro férrico. • Una solución sin azufre: Sustituye de la receta completa el sulfato de calcio por 0’5 gramos de cloruro de calcio, CaCl2, y el sulfato de magnesio por 1 gramo de cloruro de magnesio, MgCl2. • Una solución sin nitrógeno: Sustituye de la receta completa el nitrato de potasio por 2 gramos de cloruro de potasio, MgCl2. 6. Procediendo de forma parecida a la actividad 2, pero con las distintas soluciones propuestas anteriormente, podéis diseñar y realizar experiencias que os permitan estudiar los efectos de las carencias de los distintos nutrientes sobre las plantas. En estos casos la aireación deberá hacerse con los dos grupos, el de control y el experimental, como es razonable. Podéis realizar esta experiencia por equipos, procurando que cada uno estudie una carencia distinta. 7. Elaborad un pequeño cuaderno de notas cumplimentando tablas como la del modelo siguiente y, durante varias semanas, anotad los datos indicados u otros que se os ocurran: Hipótesis: ______________________________________________________________ Grupo de control:________________________________________________________ Grupo/s experimental/es:__________________________________________________ Variable experimental:____________________________________________________

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Fecha: Grupo de control Grupo/s experimental/es

Número de hojas Longitud media del tallo

Anchura media de las hojas

Longitud media de las hojas

Aspecto Coloración

8. A partir de los datos anteriores prepara tablas de datos y gráficos como los que siguen, en los que se pueda apreciar la evolución de las experiencias a través del tiempo:

Grupo control Grupo experimental

Nº hojas (media aritmética) Tiempo Nº hojas (media aritmética) Tiempo

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1ª 2ª 3ª 4ª 5ª 6ª 7ª 8ª

N ú m.. h o j a s

Tiempo (Semanas)

Grupo de control Grupo experimental

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9. Elabora un informe escrito que resuma la experiencia realizada y las conclusiones obtenidas. 10. Después de haber realizado las actividades 6, 7, 8, y 9, el profesor/a te dará el diagrama de operaciones que hayáis acordado. Cópialo en un folio tamaño A3, añadiéndole en cada apartado las distintas fases y procedimientos empleados en la experiencia concreta en la os implicasteis cada uno/a al realizar esas actividades. Exponed, a modo de mural, los distintos diagramas realizados en un lugar visible de la clase.